Vorlesung "Verteilte Systeme" Sommersemester Verteilte Systeme. 16. Namensdienste

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1 Verteilte Systeme 16. Namensdienste Namen sind mehr als Schall und Rauch Eindeutige Bezeichnung von Dingen (Bezeichner) Anwendungsgebiete Namen in einem Programm Variablen, Prozeduren, Konstanten,... Rechner Dienste Dateien Zum Goldenen Ochsen Funktionen eines Namens Erklären printer3, uni-trier.de, /de/uni uni-trier/fb4/cs/sturm/printer Identifizieren Lokalisieren Auffinden und Zugriff auf Ding über den Namen Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie 16.2 (c) Peter Sturm, Universität Trier 1

2 3 Funktionen 3 Namenstypen Symbolische Namen Erklärungsfunktion (für Menschen) Lesbare Zeichenkette, Umfangreich Aufwendiges Parsen durch den Rechner Beispiel: : /de/uni uni-trier/fb4/cs/sturm/printer Identifikator Identifikationsfunktion Für den Menschen meist unverständlich Meist konstante Größe Beispiel: : , Port 80 Adresse Lokalisierungsfunktion Direktes Ansprechen über Adresse möglich Beispiel: : e Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie 16.3 Pure und Impure Pure Names Enthalten keine Ortsinformation Nur auf Gleichheit testbar Beispiele? Vor- und Nachteile? Impure Name Enthält Ortsinformation Orts- oder Adreßanteil wird meist bei der Lokalisierung verwendet Gültigkeit der Ortsinformation? Beispiele? Vor- und Nachteile? Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie 16.4 (c) Peter Sturm, Universität Trier 2

3 Vor- und Nachteile Pure Names Vorteile Häufig Erklärungsfunktion Unabhängig vom Objektort Erleichtert Migration Zusätzliche Indirektionsstufe Delegation möglich Nachteile Direkte Lokalisierung des Objekts nicht möglich Zusätzliche Indirektionsstufe Mehrkosten Impure Names Vorteile Direkte Lokalisierung des Objekts bedingt möglich Schnelle Lokalisierung Nachteile Adreßinformation erschwert Objektmigration Delegation problematisch Häufig wenig verständlich Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie 16.5 Pure Adresse!? Beispiele IP-Adresse Ethernet-Adresse Lokalisierungsverfahren Einstufig Broadcast Gesuchte Station meldet sich Mehrstufig Routing Gesuchtes Objekt bekannt Weitergabe an übergeordnete Instanz Caching der Weginformation Bindung Name - Adresse An Mein Drucker Irgendwostraße 0Ahnungheim Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie 16.6 (c) Peter Sturm, Universität Trier 3

4 Unterschied zwischen Name und Adresse Im Prinzip keiner Abhängig vom gewählten Abstraktionsgrad Name Direktes Ansprechen des gewünschten Objekts nicht möglich Bindung an eine Adresse 2 sichtbare Schritte 1. Ermittlung der Adresse über einen Namensdienst 2. Kontaktieren des gewünschten Objekts Adresse Direktes Ansprechen des gewünschten Objekts tatsächlich (z.b. Speicheradresse) oder scheinbar (z.b.. IP-Adresse Adresse) möglich Unterste sichtbare Stufe Kontaktieren des gewünschten Objekts Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie 16.7 Zeitpunkt der Namensbindung Statische Bindung Beim Übersetzen, Binden (vor dem Ausführen) Beispiele Variablen- oder Prozedurname wird an Adresse gebunden Feste Portnummern für NFS, Portmapper,,... Halbdynamisches Binden Zum Startzeitpunkt Beispiele Dynamische Bibliotheken (DLLs, Shard Libs,,...) Eingeben der Serveradresse beim Client Dynamisches Binden Spätestens unmittelbar vor dem Zugriff auf das Objekt Typisch für verteilte Systeme Namensdienst Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie 16.8 (c) Peter Sturm, Universität Trier 4

5 Namensräume Adventure Action Eindeutigkeit relativ zu einem Namensraum Triviallösung Flacher Namensraum (1) Beispiele? Status Quo Namensräume haben ebenfalls Namen Hierarchischer Namensraum Impliziert meist auch Architektur eines verteilten Namensdiensts PC-Spiele Länder Deutschland Trier Frankfurt München Hintertupfingen Koblenz Hamburg England Spanien USA New York Frankfurt Boston Los Angeles Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie 16.9 Architekturaspekte Zentraler Namensdienst Schlechte Skalierbarkeit Leistungsengpaß Ausfallsicherheit Skalierbarkeit Verteilter Namensdienst Hierarchische Struktur Leistungsengpaß Datenreplikation Ausfallsicherheit Datenreplikation Nameserver Datenkonsistenz Nameserver Fast Read-Only Only-Daten Inkonsistenz unkritisch Nochmal Auskunft bei falsch verbunden Nameserver Nameserver Nameserver Nameserver Nameserver Nameserver Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie (c) Peter Sturm, Universität Trier 5

6 Funktionen eines Namensdiensts Server verwaltet ein oder mehrere Namensräume Clientseitiges API Insert(Name) Delete(Name) Nicht immer direkt zugreifbar Bind(Name1,Name2 Name1,Name2) Unbind(Name1,Name2 Name1,Name2) Query(Name1 Name1) ) returns Name2 Serverseitiges API Resolve(Name) Anfrage bei einem übergeordneten Server Schutz- und Sicherheitsaspekte Wer darf welche Informationen abfragen? Wer darf welche Informationen hinzufügen/ändern ändern? Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie Erweiterter Funktionsumfang Directory Services Speicherung von beliebigen Attributen zu einem Namen Beispiele -Directory Name, Adresse, Fähigkeiten,,... Personaleinträge Name, Adresse,, , Gehalt,, Wachsende Verbreitung X.500, LDAP,, Active Directory (Microsoft),... Erweiterte Queries Pattern Matching Filter Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie (c) Peter Sturm, Universität Trier 6

7 Replikation Leistungssteigerung und Ausfallsicherheit Wachsende Anfragehäufigkeit Konzern Niederlassung Abteilung Mitarbeiter Wachsende Änderungshäufigkeit Änderungen bei Namensräumen seltener als bei Namen Namensräume sind Ordnungsprinzip Lesende Anfragen häufiger als Änderungen Temporäre Inkonsistenzen tolerierbar Effiziente Replikat- Konsistenz Konsistenz Caching akzetabel Obere Ebenen besonder gut replizierbar Hohe Anfragehäufigkeit Geringe Änderungshäufigkeit Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie Replikatkonsistenz Änderungszeitpunkt Periodische Aktualisierung Inkonsistenzfenster tolerieren Wie würde man vorgehen? Jede Änderung sofort pushen Kleines Inkonsistenzfenster Hohe Server- und Netzbelastung Abhängigkeit von der Ebene der geänderten Daten? Ausgangspunkt Primärserver Alle Änderungen auf einem zentralen Server Serverausfall, Leistungsengpaß Beispiel: NIS Symmetrische Lösung Verteilter Abgleich Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie (c) Peter Sturm, Universität Trier 7

8 16.1 Symbolischer Namensdienst Beispiel: LDAP Übersicht LDAP Basiert auf X.500 Bekannter ISO-Standard Standard eines Directory Service Volles ISO-OSI OSI-Protokoll (Aufwand) ASN.1-Notation Notation bei verwendeten Datenstrukturen Zugangsprotokoll: : Directory Access Protocol (DAP( DAP) Lighweight DAP = LDAP (Aktuelle Version 2) Direkte TCP-Adaption Stringrepräsentation (Heterogene Systeme) Protokoll für Anfrage an LDAP-Server LDAP DAP: Anfrage an X.500-Server ebenfalls realisierbar Standards RFC 1777: LDAP-Standard RFC 1778: Stringrepräsentation für Attribute RFC 1779: Stringrepräsentation für Namen RFC 1558: Syntax für Suchfilter Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie (c) Peter Sturm, Universität Trier 8

9 Einträge im Directory Service Einträge setzen sich aus Attributen zusammen Jedes Attribut besteht aus Typ Ein oder mehreren Werten Attributwerte sind Strings Jeder Eintrag besitzt spezielles Attribut objectclass Legt Attributtypen fest (Namen der Attribute) Welche Attribute benötigen zwingend Werte? Welche Attribute sind optional? country=germany objectclass=country organization=uni Trier objectclass=organization commonname=peter objectclass=person Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie Distinguished Names Relative Distinguished Name (RDN( RDN) Relativ zum gemeinsamen Parent eindeutiger Name Besteht aus den Werten ein oder mehrerer Attribute Höchstens ein Wert pro Attribut Distinguished Name (DN( DN) Eindeutige und absolute Objektbezeichnung Alle RDNs von der Wurzel zum Objekt X.500-Namen basieren auf ASN.1 LDAP-Namen Stringrepräsentation Beispiel co=germany, O=Uni Trier, cn=peter Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie (c) Peter Sturm, Universität Trier 9

10 Protokollaufbau Client BindRequest LDAP-Server LDAP-Server TCP-Port Port 389 Schritte 1. Aufbau der TCP-Verbindung XRequest 2. Autentifizierung 3. LDAP-Operationen 4. Kommunikation beenden Operationen (X) Search (Suche Einträge) Modify (Attribute modifizieren) Add (Neuen Eintrag aufnehmen) Del (Eintrag löschen) ModifyRDN (Letzten Namensteil ändern) CompareDN (Bedingung über Attribute testen) AbandonRequest (Ausstehende Operation abbrechen) BindResponse UnbindRequest XResponse Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie LDAP-API API (RFC( 1823) Client ldap_x_s(req) ldap_x(req) LDAP-Server Result Result ldap_result() Grob eine Funktion pro Protokollnachricht Synchrone und Asynchrone Operationsaufrufe Synchron: : Blockade des Clients bis zum Eintreffen des Resultats Asynchron: Keine Blockade; Client fragt Resultat explizit ab Asynchrone Operationen können abgebrochen werden Autentisierungsvarianten Simple Klartext-Password Kerberos Version 4 (LDAP( LDAP) Kerberos Version 4 (X.500) Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie (c) Peter Sturm, Universität Trier 10

11 Anfrage int ldap_search_s ( LDAP *ld, char *base, int scope, char *filter, char *attrs[], bool attrsonly, LDAPMessage *result ) Verbindung zum LDAP-Server Handle ld Scope (LDAP_SCOPE_( LDAP_SCOPE_...) BASE ONELEVEL SUBTREE Suchfilter filter Welche Attribute und eventuell Attributwerte sollen zurück- gegeben werden (attrs( attrs) Nur Attribute oder auch Werte (attrsonly)? Variante mit Timeout ldap_search_st() Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie Angabe von Filtern <filter> ::= '(' <filtercomp< filtercomp> > ') <filtercomp> > ::= <and> <or> <not> <item> <and> ::= '&' <filterlist< filterlist> <or> ::= ' ' <filterlist< filterlist> <not> ::= '!' <filter> <filterlist> > ::= <filter> <filter> <filterlist< filterlist> <item> ::= <simple> <present> <substring< substring> <simple> ::= <attr< attr> > <filtertype< filtertype> > <value> <filtertype> > ::= <equal> <approx< approx> > <greater> <less> <equal> ::= '= <approx> > ::= '~= <greater> ::= '>= <less> ::= '<= <present> ::= <attr< attr> > '=*' =* <substring> > ::= <attr< attr> > '=' <initial> <any> <final> <initial> ::= NULL <value> <any> ::= '*' <starval< starval> <starval> > ::= NULL <value> '*' <starval< starval> <final> ::= NULL <value> Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie (c) Peter Sturm, Universität Trier 11

12 16.2 Lokalisierungsdienst Beispiel: DNS Übersicht DNS Domain Name Service Hierarchischer Namensraum: balvenie.uni-trier.de Transformation Domain Name IP-Adresse (Lookup) IP-Adresse Domain Name (Reverse Lookup) UNIX-API gethostbyname() gethostbyaddr() IETF-Standard RFC 1034 (Konzepte) RFC 1035 (Implementierungsdetails) Gängige Implementierung Berkeley Internet Name Domain Server (BIND) Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie (c) Peter Sturm, Universität Trier 12

13 Organisation der DNS-Server Server Hierarchische Struktur named Ausfallsicherheit Primary Name Server Secondaries Administrative Einheiten Zone named named named named named named named Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie Einträge Ca. 20 verschiedene Eintragsformen Viele nicht mehr gültig Gängige Record Record -Einträge A: IP-Adresse NS: NS-Server Server CNAME: : Kanonischer Name PTR: Pointer-Record HINFO: : Host-Information MX: Mail Exchange Record Pointer-Query Gegeben IP-Adresse Adresse; ; Gesucht: Kanonischer Name in-addr.arpa Domain Verteilte Systeme, Sommersemester 1999 Folie (c) Peter Sturm, Universität Trier 13

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